Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - MP - Streckenlast

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Streckenlast am Lochrand

Nach Möglichkeit sollte man Lasten geometrischen Objekte zuweisen (z.B. Kanten oder Flächen), damit automatisch die Aufteilung der Last auf die zugehörigen Knoten erfolgen kann:

• Die Netzentfaltung ist insbesondere durch das weitestgehende Fehlen von Geometrie gekennzeichnet.
• In FEM-Programmen wird die Möglichkeit bereitgestellt, nachträglich ein Geometrieobjekt (z.B. die Linie einer Körperkante) mit den zugehörigen Knoten des entfalteten Netzes zu verknüpfen (Siehe: Beispiel mit FEMAP-Programm).
• Leider wurde im verwendeten Simulation Mechanical bisher keine Möglichkeit gefunden, nachträglich Linie bzw. Kreisbogen mit den zugehörigen Knoten zu verknüpfen.
• Kantenkräfte können augenscheinlich nur auf Bauteile angewendet werden, die aus CAD-Volumenkörpermodellen oder der 2D-Netzerzeugung stammen (Siehe: Onlinehilfe (Kräfte)) und nicht strukturiert vernetzt sind.

Wir definieren deshalb behelfsweise die Streckenlast als Einzelkräfte auf die gleichmäßig entlang der Lochkante angeordneten Knoten:

• Da unter Ausnutzung der Symmetrie nur 1/4 des Bauteils als Netzmodell definiert wurde, benötigen wir für eine Streckenlast=100 N auch nur 25 N entlang des Kreis-Segments.
• Diese 25 N verteilen wir gleichmäßig auf alle Knoten, indem wir die Randknoten nur mit der halben Knotenkraft im Vergleich zu den inneren Knoten belasten:

• Die Qualität der Simulationsergebnisse ist erstaunlich gut. In der folgenden Darstellung wurde die Stahlscheibe ohne Ergebnisse und ohne Netz, sowie mit erhöhter Transparenz gezeichnet, um den Blick auf die Gummihülse zu ermöglichen:
  
• Die erhöhte Belastung an den Kanten der Gummihülse kommt im Modell deutlich zum Vorschein.

Hinweis
Eine einfache Methode zur Erhöhung der Netzqualität ist die Einbeziehung von Mittenknoten in den Elementen:

• Leider gilt diese Aussage nicht für beliebige FEM-Modelle.
• In unserem Fall wurden sowohl die Abhängigkeiten als auch die Lasten bestimmten Knoten des Netzes zugewiesen.
• Bei solch einer "nodalen" Zuweisung erfolgt keine automatische Verteilung der Abhängigkeiten und Kräfte auf die zusätzlich generierten Mittenknoten der Elemente.
• Der Fehler infolge der fehlenden Belastung der Mittenknoten entlang der Lochkante ist vernachlässigbar!
• Kritisch ist jedoch, dass die Mittenknoten entlang der Symmetrie-Ebenen frei beweglich bleiben. Das widerspiegelt sich unmittelbar in den simulierten Ergebnissen der Mises-Spannung:
  

Wichtig: Falls die Mittenknoten der Elemente zu Testzwecken aktiviert wurden, sollte man diesen Schritt schnellstens korrigieren!

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